[發明專利]一種礦井槽波雙分量地震信號頻散曲線提取方法

有效

• 申請號: 201610124921.8
• 申請日: 2016-02-29
• 公開（公告）號: CN105785440B
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 馮磊;張玉貴;周明奐
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: G01V1/30
• 分類號: G01V1/30
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司41119
• 代理人: 胡泳棋

技術領域

本發明涉及一種礦井槽波雙分量地震信號頻散曲線提取方法，屬于地震信號處理技術領域。

背景技術

隨著2010年德國DMT公司槽波地震儀在國內的推廣，礦井槽波地震勘探技術迅速發展，國內多家煤礦積極開展了相關應用研究。頻散是槽波地震信號最明顯的特點，即槽波的傳播速度是頻率的函數，這是在礦井中特有巖性組合“頂板-煤層-底板”條件下產生。槽波信號頻散特征中包含有圍巖、煤層速度和結構信息。依據不同厚度煤層槽波頻散特征，義馬煤業集團地質研究所等科研單位利用槽波勘探技術在工作面煤層厚度探測方面取得了顯著成果。程建遠、姬廣忠等學者利用正演模擬獲得煤層槽波理論頻散曲線，并對其特征進行了詳細地分析，但對于實際槽波數據頻散曲線計算方法的討論相對較少。

槽波頻散曲線計算方法是研究槽波頻散特征的基礎，計算方法的準確性決定了頻散特征分析的可靠性。目前槽波地震信號頻散曲線計算方法主要借鑒地面工程面波勘探領域中頻散曲線提取方法，主要分為兩類：一是基于單道信號處理，如楊真、馮濤等在《薄煤層SH型槽波頻散特征及波形模式》中公開了包括多次濾波法和時頻分析法，兩者雖然分別從頻率域和時間域進行濾波，但處理性質相同；二是基于多道信號處理，例如f-k變換法(二維傅立葉變換方法)、τ-p變換法和相移法等。f-k變換法要求空間和時間域的數據采樣間隔相等，如果采樣數據有壞道還會對結果產生較大的誤差，τ-p變換法對高階模態頻散曲線的計算效果較好，但對基階模態低頻段頻散曲線的計算效果較差。雖然多道信號頻散曲線提取方法能夠從多道數據中提取頻散信息，獲得穩定的頻散曲線，但在煤礦槽波層析成像實際應用中，需要分析每道槽波信號的頻散特征。因此，研究更精確地單道信號頻散計算方法對槽波信號更具有實際意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種礦井槽波雙分量地震信號頻散曲線提取方法，提高頻散曲線的精度。

本發明為解決上述技術問題提供了一種礦井槽波雙分量地震信號頻散曲線提取方法，該提取方法的步驟如下：

1)從礦井采集的雙分量地震信號中獲取勒夫型槽波信號；

2)對獲取的勒夫型槽波信號進行廣義S變換，以得到勒夫型槽波群速度與頻率的關系圖；

3)將所得到群速度與頻率的關系圖中的振幅極大值進行連線，所得曲線即為所求的頻散曲線。

該方法還包括對步驟1)獲取的勒夫型槽波信號進行坐標轉換的步驟，該坐標轉換依據縱波信號在雙分量檢波器的能量分布準則，通過計算地震波傳播方向及偏振角度實現坐標旋轉，以獲得在垂直波傳播方向水平振動的勒夫型槽波信號。

所述的槽波信號群速度-頻率廣義S變換為：

x為震源到檢波器的距離，u為槽波傳播群速度，α和β為常數，用來控制S變換的窗口函數寬度，f為頻率，τ表示窗函數中心。

所述的坐標旋轉角度θ為：

其中x_i、y_i為原始采集雙分量信號數據點。

本發明的有益效果是：本發明首先從槽波雙分量地震信號中獲取勒夫型槽波信號；然后對獲取的勒夫型槽波信號進行廣義S變換，以得到勒夫型槽波群速度與頻率的關系圖；將所得到群速度與頻率的關系圖中的振幅極大值進行連線，所得曲線即為所求的頻散曲線。本發明利用線性變化的調節參數改變S變換中高斯窗口寬度，提高了槽波信號頻散曲線的精度。此外，本發明在進行廣義S變換之前依據采集信號中縱波在雙分量檢波器的能量分布準則，通過計算確定地震波傳播方向及偏振角度，進行坐標旋轉，以獲得在垂直波傳播方向水平振動的勒夫型槽波信號，再對該信號進行頻散計算，獲取的頻散曲線頻散特征更加精確。

附圖說明

圖1是不同厚度煤層對應理論頻散曲線示意圖；

圖2是S變換原理圖；

圖3是不同參數對應調節系數示意圖；

圖4是不同參數對高斯函數窗口影響示意圖；

圖5是地震頻散正演模型圖；

圖6-a是本發明實施例中α取0.8且β取0.01時的頻散圖；

圖6-b是本發明實施例中α取0.8且β取0.5時的頻散圖；

圖6-c是本發明實施例中α取10且β取0.1時的頻散圖；

圖7是地震雙分量檢波器記錄的原始信號圖；

圖8是經過旋轉后得到的雙分量信號示意圖；

圖9是縱波質點振動矢量圖；

圖10-a是槽波信號原始X分量頻散圖；

圖10-b是槽波信號原始Y分量頻散圖；